JP4216956B2 - HVQ compression method of image boundary - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
圧縮すべき画素のブロックが2種類の画像データのうちのいずれであるか、あるいは2種類のデータ間の境界を含んでいるかを判定することによって、ブロックを圧縮するために使用される損失圧縮器が第1または第2の種類のデータ用に、または双方のデータの過渡状態用に最適化されるようにするプロセスである。
【0002】
【従来の技術】
データを伝送、または記憶しなければならない場合、伝送時間を短縮し、または記憶量を節減するために、通常は先ずデータが圧縮される。これは8ビット画素の4つの色分解からなることができる画像データの場合に特に当てはまる。
【0003】
圧縮方法の1つは、データ・ブロックを多数のステップで単一のコード語へと縮小することができる“階層的ベクトル量子化(hierarchical vector quantization)”(HVQ)である。この方法は本明細書に参考文献として引用されている米国特許明細書第5,602,589号に記載されている。この手順は上記特許の図1aに記載の数字の例を用いることで最も明解に説明することができる。画素当たり8ビットの、2×4画素のブロックを1つの9ビット数に圧縮する場合を想定してみる。先ず、段階1の参照用テーブル(LUT)に各コード語が2画素ビット・パターンと関連している9ビット・コード語を含む各々一対の画素が入力される。テーブルは、入力された画素ビットが正確に整合しないない場合は、代わりに整合に最も近いコード語が出力されるように設定されている。このステップ1では、各々のコード語が入力された2つの画素のビット・パターンとの整合に最も近い4つのコード語が最終的に出力される。正確な整合は不可能である場合が多いので、生来この圧縮にはある程度の損失が伴う。第1段階の出力は4つの9ビットコード語である。
【0004】
この圧縮量が不十分である場合は、次に、各々が1×2画素のブロックのビット・パターンを表す上記の4つのコード語が段階2の2つのテーブルに入力され、その結果、各々が2×2画素のブロックのビット・パターンを表す総計2つの9ビット出力コード語が生ずる。それでもなお圧縮が不十分である場合は、これらの2つのコード語が段階3のテーブルに入力され、2×4画素のブロックに関連する最終的な出力語が生成される。ここで、この方法が複数の段階が利用され、入力画素が互いに方向性の関係を有しているのでベクトルを含んでいる点で階層的な方法であり、かつ任意の圧縮度を達成するために多数のレベルの処理を実施できる点で量子化された方法であることがわかる。
【0005】
復元するには、単に各コード語が256K×64ビットのLUTに入力され、これが8画素のブロック全体のビット・パターンを出力する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
HVQを利用するプリント・システムでは、データが画素のブロック内の損失圧縮器に供給され、各ブロックはテキスト、コントーン(contone)、ハーフトーン等である。受け取られるデータの種類に応じて圧縮器自体を最適に構成できるようにするため、データの前端部は圧縮器に対して、異なる種類のデータ間の境界を判定するマスクと、各マスク内に入るデータようにどのような構成を用いればよいかを指定するプリントのヒントとを供給できる。このシステムでは、マスクのエッジをブロックのエッジと位置合わせしてければならない。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このシテスムは過渡ブロックと呼ぶことができるブロック内に境界があるか否かを判定するシステムによって改良することができる。例えば、テキスト文字とコントーン(逆トーン)の画像との境界がブロックを通る場合は、プリントのヒントが圧縮器に送られ、過渡ブロック用に最適化されたテーブルの値をそのブロック用に選択することができる。それによって、圧縮器がより少ない損失で動作できるので、システムの効率が高まるであろう。
【0008】
【発明の実施の形態】
基本的HVQシステムは図1に示したように誤りチャネルを加えることによって改良することができる。上方のチャネルでは、グレースケール・バイト・マップ16が通常の方法でHVQデコーダ10に入力され、出力は損失なくLZエンコーダ11で圧縮され、その結果が通常は8−10ビット語の形式でデコーダに送られる。
【0009】
加えて、HVQエンコーダの出力は走査線様式でデコーダ12に送られ、このデコーダが、損失エンコーダで誤りが誘発されることがあるので、オリジナルのバイト・マップとは異なることがあるバイト・マップのバージョンを生成する。次に2つのバイト・マップが画素毎に減算されて(13)、誤り項が生成される。これが出力コード語に付加されると、オリジナルのバイト・マップが生成される。この減算は排他的ORを利用しても実行可能であり、この方が簡単かつ迅速であり、符号ビットを必要としない。各々が符号付き数量の8ビット幅またはそれ未満であるこれらの誤り項は次にLZエンコーダ15内で圧縮され、オリジナルの出力と並行してデコーダに送られる。誤り項が大きい程、圧縮率は低くなる。実際には、少量の誤りは視覚的に知覚されない。圧縮率の劣化を制限するため、誤り項を量子化器14内で少数の例えば3つの最上位ビットに制限することができる。通常は、画素当たりの誤りの量は僅かなMSB(最上位ビット)で目立つほどには大きくなく、この場合は誤り項は全くない。
【0010】
量子化された誤りデコーダが図2に示されている。圧縮されたコード語はデコーダ21内でLZ復号され、デコーダ22内でLZ復号化されて、加算器23の1つの項が生成される。圧縮され、量子化された誤りはデコーダ24内でLZ復号され、加算器23の別の項として入力される。この加算器の出力は出力ビデオである。加算器23は符号ビットおよび7つのビットを加算する加算器でもよく、またはエンコーダで誤り語を生成するために用いられた場合は排他的ORでもよい。
【0011】
図3は単一コード語31が最上位および最下位部分32、33へと分割された場合の、かつ最下位ビットだけが圧縮される構成を示している。この場合は、ビット0から4が損失圧縮器35へと送出され、一方ビット5から7は送出されない。次に双方とも損失なしのLZ圧縮を用いて圧縮され、図4に示したデコーダへと出力される。この場合も、双方のチャネルがLZ復元され、一方、LSB(最下位ビット)だけがHVQ復号される。次に、結果として生じた2つの部分が排他的論理和され(44)、復号参照用テーブルに入力される。
【0012】
図5は単一画素が最下位セグメントと最上位セグヘントとに分離され、かつ各セグメント毎に別個の異なる圧縮プロセスが実行され、最下位ビットの方がより高い圧縮率で圧縮されるシステムである。オリジナルの画素は最上位ビット52と最下位ビット53とに分離される。その結果、最も重要である最上位ビットはより低い圧縮率で圧縮され、一方、最下位ビットの圧縮率は高い。プログラム可能な参照用テーブルを利用して、入力された画素を図示した3−5分割以外の任意の2つのセグメントへと分割することもできよう。
【0013】
図6は図5のエンコーダ用のデコーダである。図5の圧縮された2つの出力はLZデコーダ61、62に入力され、かつ復号されてHVQ63、64に入力される。次に、双方の出力が排他的ORゲート65に入力されて、画素全体が組立てられる。勿論、エンコーダがそれ以外の何らかのエンコーダの組合せを使用した場合は、デコーダは同じ復号形式を用いるであろう。すなわち、より一般的には、ストリング内のデータ語をより上位の、または下位のビットに分割して2つの平行ストリングを作成することができ、次に下位のビットにはより高い圧縮率での圧縮が行われる、2つの圧縮方法のいずれかを用いて圧縮することができる。
【0014】
HVQ圧縮は図7に示すように画像の回転および鏡像写像に容易に適応する。この図には、高さが4画素で幅が16画素であり、時計回り方向に90°回転され、鏡像を写像しなければならないオリジナルの画像の例を用いたプロセスが示されている。
【0015】
ステップ1は8つの8画素セグメントを8つのコード語Cw1からCw8へと縮小する通常の圧縮プロセスである。ステップ2は、コード語を回転させ、鏡像形成された順に再構成するステップである。このハードウェアは、図示のように2番目の語イン、例えばCw2が3番目の語アウトに接続される配線の形式でよい。ステップ2は各組の配線が異なる回転をもたらす数組の配線を有することができる。最後に、復号ステップ3は参照用テーブルを使用して、適切な向きにある各セグメント毎の画素パターンを作成する。ここでまた数個のテーブルを使用して各種の向きを生成することができる。
【0016】
プリンタに対してデータの最良のプリント方法を指示するために、ユーザーによって供給されるオリジナルのデータにオリジナルのページ記述言語でプリントのためのヒントを組込んでもよい。例えば、ヒント語は2ビットの長さでよく、後続のデータがテキスト、コントーン(contone)、グラフィック等である4つの可能性の1つを指示する。例えば、プリンタがコンピュータで作成したグラフィックとして発信されたデータを受信した場合は、プリンタはオリジナルのデータが写真の形式でスクリーニングされている場合とは異なるハーフトーンのスクリーンを使用できる。
【0017】
プリントのヒントは図5に示すようにどのHVQチャネルに付加してもよい。HVQエンコーダ54に入力される各々4画素・ブロック毎に、2つの8ビット・バイトに含まれている長さ9ビットの1つのコード語が作成され、従って、最初のバイトには最初の8ビットが含まれ、2番目のバイトには最後のビットが含まれているものと想定してみる。次に2ビットのヒントが付加される。この時点で、各コード語とヒントをプラスした11ビットがなお2バイト内に含まれている。LZエンコーダは恐らくは長さが256バイトのバイト・ストリングを探索し、最新の同一パターンの整合の位置とサイズとを判定する。このストリング内でヒントが一度または二度変化する範囲までは、ヒントがない場合に生ずる圧縮量と比較して圧縮量の減少は僅かである。しかし、この期間中にヒントが変化しない限りは、圧縮量は全く減少しない。その結果、プリントのヒントはHVQ圧縮器の後に、しかし損失なしの圧縮器の前に供給することができ、そうしても圧縮率にはほとんど影響しない。出力側で、コード語がLZ復元された後で、しかし復号される前に、ヒントを事後に利用するために抽出することができる。
【0018】
実際の入力データ・パターンと整合する最良のチャンスを有するコード語と出力データ・パターンを選択することによって、HVQ圧縮器の損失を更に最小限にすることができる。テキスト画素が4×2画素の群で符号化され、かつ1行の4つの入力画素が黒、ダークグレー、ライトグレーおよび白であり、また入力ビデオがスキャン・イン・テキストであった場合、オリジナルのデータは黒の文字と白の空白との境界であった公算が強く、従って出力画素パターンは黒、黒、白、白であろう。これに対して、オリジナルの入力データがスキャン・インされたコンピュータ作成グラフィックであった場合は、4つの画素は黒から白に密度がスムーズに低下している公算が強い。デコーダの参照用テーブル内のエンコーダコード語とパターンの実際の判定は統計的分析によって決定される。テキストおよびグラフィック文書の代表的な群がテスト・プログラムを通され、各タイプ毎に最良の値が生成される。
【0019】
境界が画素の入力ブロックを通過する場合に混乱が生じ、この場合はブロック全体にテキスト値もグラフィック値も用いることができない。その解決方法は、このような境界状態のために特別に生成された第3組のコード語とパターンとを供給することである。この場合、テキストとグラフィックの双方を含む文書セットが分析されて、1組のパターンが作成され、これは境界の混合状態がブロック内にあるものと判定された場合に利用されよう。
【0020】
境界状態はプリントのヒントを観察することによって検出される。例えば、方形のスキャン・イン画像は標準的にはテキストのページにそのx,y座標によって位置決めされる。ラスタ出力スキャナ・ビームが座標内にある場合は、プリントのヒントはプリンタに対して、どのコード語、参照用テーブルの項目、およびハーフトーン・スクリーンを使用すべきかを指示する。ヒントが例えばブロック内で画像からテキストに変化した場合は、エンコーダはブロック内に境界が存在することを認識する。
【0021】
いずれの場合もブロックのサイズは保持されなければならない。図8はテキストからコントーンへの移行の例を示している。HVQエンコーダでは異なる種類のデータ用に異なるブロック・サイズを用いることができるので、ここではテキスト用のブロック・サイズはエッジをより細密にできるように2×2画素として示されており、一方、コントーン用のブロック・サイズは圧縮率を高めることができるように4×2画素として示されている。
【0022】
境界が2×2画素のブロック内にある場合は、このブロックは境界値を用いて符号化され、かつ復号される。加えて、画素81のような境界の右にあるいずれかのコントーン画素も必要ならば境界画素として処理されるので、境界線の右にある残りの全ての画素は4×2画素のブロック内にくる。同様にして、テキストおよびコントーンの4×2画素のブロックの境界を示す図9では、2×2画素の境界ブロックが一対で用いられるので、残りのブロックすべては4×2画素のブロックとなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 並列の誤りチャネルを有するHVQエンコーダである。
【図2】 図1の構成用のデコーダである。
【図3】 最上位ビットと最下位ビットとに分割された画素を符号化するための1チャネル構成図である。
【図4】 最上位ビットと最下位ビットとに分割された画素を復号するための1チャネル構成図である。
【図5】 最上位ビットと最下位ビットとに分割された画素を符号化するための2チャネル構成図である。
【図6】 図5のエンコーダ用のデコーダである。
【図7】 HVQ圧縮を利用して画像を回転写像、もしくは鏡像写像する3つのステップを示している。
【図8】 サイズが異なるブロック間の境界を示している。
【図9】 サイズが同じブロック間の境界を示している。
【符号の説明】
10 HVQデコーダ、11 LZエンコーダ、12 デコーダ、13 減算器、16 グレースケール・バイト・マップ、21 デコーダ、22 デコーダ、23 加算器、24 デコーダ、31 単一コード語、32 最上位部分、33最下位部分、34,36 LZエンコーダ、35 圧縮器、41,42 LZエンコーダ、43 HVQ デコーダ、44 排他的ORゲート、52 最上位ビット、53 最下位ビット、54 HVQエンコーダ、61 LZデコーダ、62 LZデコーダ、63 HVQ、64 HVQ、65 排他的ORゲート[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
Loss compressor used to compress a block by determining whether the block of pixels to be compressed is one of two types of image data or includes a boundary between the two types of data Is optimized for the first or second type of data, or for the transient state of both data.
[0002]
[Prior art]
When data must be transmitted or stored, the data is usually first compressed to reduce transmission time or save storage. This is especially true for image data that can consist of four color separations of 8-bit pixels.
[0003]
One compression method is “hierarchical vector quantization” (HVQ), which allows a data block to be reduced to a single codeword in a number of steps. This method is described in US Pat. No. 5,602,589, which is incorporated herein by reference. This procedure can be most clearly explained by using the numerical example described in FIG. Assume that a 2 × 4 pixel block of 8 bits per pixel is compressed into one 9-bit number. First, a pair of pixels each containing a 9-bit code word in which each code word is associated with a 2-pixel bit pattern is input to the look-up table (LUT) of
[0004]
If this amount of compression is insufficient, then the above four code words, each representing a bit pattern of a 1 × 2 pixel block, are entered into the two tables of
[0005]
To restore, each codeword is simply input into a 256K × 64 bit LUT, which outputs a bit pattern of the entire block of 8 pixels.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
In a printing system that utilizes HVQ, data is fed to a lossy compressor within a block of pixels, where each block is text, contone, halftone, etc. In order to allow the compressor itself to be optimally configured according to the type of data received, the front end of the data enters the compressor into a mask that determines the boundaries between the different types of data and within each mask. It is possible to supply printing hints that specify what configuration should be used for data. In this system, the mask edge must be aligned with the block edge.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
This system can be improved by a system that determines whether there is a boundary in a block, which can be called a transient block. For example, if the boundary between a text character and a contone (inverse tone) image passes through a block, a print hint is sent to the compressor to select a table value optimized for the transient block for that block. be able to. Thereby, the efficiency of the system will increase as the compressor can operate with less loss.
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The basic HVQ system can be improved by adding an error channel as shown in FIG. In the upper channel, the
[0009]
In addition, the output of the HVQ encoder is sent in a scanline fashion to the
[0010]
A quantized error decoder is shown in FIG. The compressed code word is LZ-decoded in the
[0011]
FIG. 3 shows a configuration in which a single code word 31 is divided into the most significant and least
[0012]
FIG. 5 shows a system in which a single pixel is separated into a least significant segment and a most significant segment, and a separate and different compression process is performed for each segment, with the least significant bits being compressed at a higher compression rate. . The original picture element is separated into
[0013]
FIG. 6 shows a decoder for the encoder of FIG. The two compressed outputs of FIG. 5 are input to the
[0014]
HVQ compression easily adapts to image rotation and mirror mapping as shown in FIG. This figure shows a process using an example of an original image that is 4 pixels high and 16 pixels wide, rotated 90 ° clockwise and must mirror the mirror image.
[0015]
[0016]
In order to instruct the printer on how to best print the data, the original data supplied by the user may incorporate hints for printing in the original page description language. For example, the hint word may be 2 bits long and indicates one of four possibilities where the subsequent data is text, contone, graphics, etc. For example, if the printer receives data sent as computer generated graphics, the printer can use a different halftone screen than if the original data was screened in the form of a photograph.
[0017]
Print hints may be added to any HVQ channel as shown in FIG. For each 4 pixel block input to the
[0018]
By selecting the code word output data patterns having the best tea emission scan consistent with actual input data patterns may further minimize the loss of HVQ compressor. If the text pixels are encoded in groups of 4x2 pixels and the four input pixels in a row are black, dark gray, light gray and white, and the input video is scan-in-text, the original The data is likely to be the boundary between black characters and white blanks, so the output pixel pattern will be black, black, white, white. On the other hand, if the original input data was a computer-generated graphic that was scanned in, it is likely that the density of the four pixels is smoothly reduced from black to white. The actual determination of encoder codewords and patterns in the decoder look-up table is determined by statistical analysis. A representative group of text and graphic documents is passed through a test program to generate the best value for each type.
[0019]
Confusion arises when the boundary passes through an input block of pixels, in which case neither text nor graphic values can be used for the entire block. The solution is to provide a third set of codewords and patterns specifically generated for such boundary conditions. In this case, a set of documents containing both text and graphics is analyzed to create a set of patterns that will be used if it is determined that the mixed state of the boundary is within the block.
[0020]
The boundary condition is detected by observing the print hint. For example, a square scan-in image is typically positioned on a page of text by its x, y coordinates. If the raster output scanner beam is in coordinates, the print hint tells the printer which codeword, lookup table entry, and halftone screen to use. If the hint changes, for example, from image to text in the block, the encoder recognizes that there is a boundary in the block.
[0021]
In either case, the block size must be preserved. FIG. 8 shows an example of transition from text to contone. Since HVQ encoders can use different block sizes for different types of data, the block size for text is shown here as 2 × 2 pixels to allow finer edges, while contone The block size is shown as 4 × 2 pixels so that the compression rate can be increased.
[0022]
If the boundary is in a 2 × 2 pixel block, the block is encoded and decoded using the boundary value. In addition, any contone pixel to the right of the boundary, such as pixel 81, is processed as a boundary pixel if necessary, so all remaining pixels to the right of the boundary line are within a 4 × 2 pixel block. come. Similarly, in FIG. 9 which shows the boundary between the text and the contone 4 × 2 pixel block, since the 2 × 2 pixel boundary block is used in a pair, all the remaining blocks are 4 × 2 pixel blocks.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an HVQ encoder with parallel error channels.
FIG. 2 is a decoder for the configuration of FIG. 1;
FIG. 3 is a one-channel configuration diagram for encoding a pixel divided into a most significant bit and a least significant bit.
FIG. 4 is a one-channel configuration diagram for decoding pixels divided into the most significant bit and the least significant bit.
FIG. 5 is a two-channel configuration diagram for encoding a pixel divided into a most significant bit and a least significant bit.
6 is a decoder for the encoder of FIG.
FIG. 7 shows three steps for image transfer or mirror image mapping using HVQ compression.
FIG. 8 shows boundaries between blocks of different sizes.
FIG. 9 shows a boundary between blocks of the same size.
[Explanation of symbols]
10 HVQ decoder, 11 LZ encoder, 12 decoder, 13 subtractor, 16 grayscale byte map, 21 decoder, 22 decoder, 23 adder, 24 decoder, 31 single codeword, 32 most significant part, 33 least significant Part, 34, 36 LZ encoder, 35 compressor, 41, 42 LZ encoder, 43 HVQ decoder, 44 exclusive OR gate, 52 most significant bit, 53 least significant bit, 54 HVQ encoder, 61 LZ decoder, 62 LZ decoder, 63 HVQ, 64 HVQ, 65 Exclusive OR gate
Claims (6)
画素のブロックに編成されたオリジナルの画素を生成する段階と、
それぞれの画素のブロックに関連付けられる画像形式信号を生成する段階であって、前記画像形式信号が、異なる画像形式データタイプのグループから選択された一つのタイプが画素のブロック内に存在するか否か、または、画素のブロックが二つの画像形式データタイプ間の境界を含んでいるか否かを示す段階と、
境界が検出された場合、その境界を形成する二つの画像形式データタイプを判定する段階と、
前記画像形式信号に応答し、二つの圧縮器のうち、前記判定された2つの画像形式データタイプ間の境界を含む画素のブロックの圧縮のために構成された一つの圧縮器を選択して使用する段階と、
前記選択された圧縮器によって画素のブロックを圧縮することにより圧縮ブロック信号を形成する段階とを含み、
圧縮器のうち少なくとも一つを階層的ベクトル量子化に使用し、さらに、前記画像形式データタイプのグループが、ハーフトーン画像データ、コントーン画像データ、テキスト画像データ及びグラフィック画像データを含む、画素のブロックを圧縮する方法。A method of compressing a block of pixels,
Generating original pixels organized into blocks of pixels;
Generating an image format signal associated with each block of pixels, wherein the image format signal is within a block of pixels of one type selected from a group of different image format data types; Or indicating whether a block of pixels includes a boundary between two image format data types;
If a boundary is detected, determining the two image format data types that form the boundary;
Responsive to the image format signal, select and use one of the two compressors configured to compress a block of pixels including a boundary between the determined two image format data types. And the stage of
Compressing a block of pixels with the selected compressor to form a compressed block signal;
A block of pixels using at least one of the compressors for hierarchical vector quantization, and wherein the group of image format data types comprises halftone image data, contone image data, text image data and graphic image data How to compress.
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